Laurea magistrale in Fisica

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1 Laurea magistrale in Fisica percorso su Acceleratori e Superconduttività Applicata LM

2 Gli acceleratori di particelle sono nati come strumenti per la ricerca di base in Fisica nucleare e sub-nucleare, mirando nel tempo a energie di collisione sempre più elevate. Si sono sviluppati concetti sempre nuovi e innovativi di acceleratori, utilizzando principi diversissimi (acceleratori elettrostatici, a induzione, lineari, circolari) o impiegando tecnologie di frontiera (superconduttività). LM

3 Oggi l impiego degli acceleratori copre altri settori della fisica, biologia e medicina: Adroterapia (medicina) Produzione di radioisotopi (medicina, biologia) Luce di sincrotrone (biologia, studio dei materiali) Impiantazione ionica (semiconduttori) Sterilizzazione (processi industriali) Anche la superconduttività trova impieghi diversi: Risonanze Magnetiche Nucleari (medicina, biologia) Linee elettriche di potenza (industria e civile) Motori elettrici ad alto rendimento (industria) LM

4 Gli acceleratori di particelle Tipi di acceleratori Acceleratori elettrostatici Acceleratori circolari Acceleratori lineari Acceleratori ad induzione Cockcroft - Walton 1930 Van de Graaff 1935 Tandem 1960 Ciclotrone 1930 Microtrone 1945 Sincrociclotrone 1946 Sincrotrone 1953 Ciclotrone AVF 1963 Wideröe Linac 1928 Alvarez Linac 1946 Electron Linac 1947 RFQ 1970 Betatrone 1940 Induction Linac 1953 Acceleratori nel mondo (stima) Impiantatori di ioni 7000 Acceleratori nell industria 1500 Acceleratori ricerche non nucleari 1000 Radioterapia 5000 Produzione radioisotopi medicali 200 Radioterapia adronica 20 Radiazione sincrotrone 70 Ricerca nucleare e subnucleare 110 Totale LM

5 Dimensioni estreme Linac medicale 1 m Barrel Toroid ATLAS (25 m) LHC (27 km) LM

6 Acceleratori in Italia LNF (Frascati) Fisica delle particelle - storage ring e + e - LNL (Legnaro) Fisica Nucleare Tandem+ linac superconduttivo LNS (Catania) Fisica Nucleare- Tandem +ciclotrone superconduttore Elettra (Trieste)- Struttura della materia (luce di sincrotrone) storage ring elettroni CNAO (Pavia) Adroterapia- sincrotrone protoni e carbonio LM

7 Superconduttività: Consente prestazioni migliori per Magneti per acceleratori e rivelatori DC ( campi sino a 15 T ) Cavità RF ( campi acceleranti sino a 40 MV/m) con un risparmio sui costi (costruzione + esercizio) ma complessità di progettazione e criogenia (elio liquido o superfluido) LM

8 Densità di corrente critica a 4.2 K Critical current density A.mm Conventional iron yoke electromagnets NbTi Nb 3 S n Le potenzialità e i vantaggi della superconduttività sono enormemente maggiori rispetto ai tradizionali elettromagneti in rame con poli magnetici in ferro Magnetic field (Tesla) LM

9 L indirizzo di Acceleratori e Superconduttività Applicata della Laurea in Fisica è teso allo sviluppo di nuovi acceleratori di particelle. Nel Dipartimento di Fisica storica tradizione nel campo degli acceleratori al laboratorio LASA (Laboratorio Acceleratori e Superconduttività Applicata). Ciclotrone superconduttore del LNS LM

10 Linee di ricerca attive al LASA Dipartimento di Fisica INFN Sezione di Milano Laboratorio LASA Segrate (MI) Tesi (triennali-magistrali e dottorato) disponibili al LASA anche in collaborazione con laboratori esteri sui temi di ricerca di punta Laureati ben apprezzati nei laboratori di ricerca italiani ed esteri (europei ed americani) e nell industria LM

11 1. Magneti Superconduttivi per acceleratori e rivelatori Linee principali di ricerca attuali: HiLumi-LHC (upgrade della zona di interazione dei fasci ): sviluppo e costruzione dei magneti correttori di qualità del campo (4-polo, 6-polo, 8-polo, 10-polo e 12-polo) Prof. M Sorbi Prof. G. Bellomo Dott. V. Marinozzi 10-pole cross section 4-pole 3D studies 8-pole assembly at LASA Future Circular Collider da 100 TeV (FCC program, collider da 100 km di circonferenza ): sviluppo dei dipoli principali ad alto campo (16 T). LHC LM FCC

12 2. Acceleratori superconduttivi lineari per elettroni e protoni Linee principali di ricerca attuali: XFEL (Free Electron Laser nella regione dei raggi X elettroni a 30 GeV per generare radiazione X al alta intensità sino a 1 Å (10-10 m). European Spallation Source (realizzazione di accelerazioni lineari di protoni ad alta intensità da 1 GeV per la produzione di neutroni mediante bombardamento) EUROTRANS (realizzazione di prototipi di acceleratori superconduttivi per protoni per il trattamento delle scorie radioattive) ILC (International Linear Collider elettrone-positrone) Schema del FEL (FLASH-Desy) cavità RF superconduttive ( 1.3GHz) cavità RF s.c. (700MHz) per protoni Riferimenti: Prof. Pagani Dott. Sertore (INFN) Dott.Michelato (INFN) LM

13 3. Acceleratori a plasma con utilizzo laser di potenza: Principio base emissione da laser Motivazione acceleratori a plasma Applicazioni alla terapia medica Riferimenti: Dott. Giove (INFN) Dott. Serafini (INFN) Dott. Bacci (INFN) Dott. Andrea Rossi (INFN) Dott.ssa Petrillo (Unimi) LM

14 Organizzazione del percorso nella Laurea Magistrale L indirizzo di Fisica degli Acceleratori prevede una sistematica descrizione dei principi di funzionamento e dei vari tipi di acceleratori (corso Fisica Acceleratori I) Particolare enfasi sulla superconduttività che è oggi dominante negli acceleratori ultima generazione (LHC-CERN, XFEL-DESY) (corso Superconduttività Applicata e Laboratorio di Superconduttività Applicata ) Tecniche di accelerazione e diagnostica (Laboratorio Acceleratori) Diversi orientamenti possibili (dinamica dei fasci; tecnologie superconduttive, del vuoto e criogeniche; tecniche di accelerazione; progettazione di componenti speciali; sorgenti di elettroni) LM

15 I ANNO Abbreviazioni: (A) Caratterizzante Ambito Sperimentale applicativo (B) Caratterizzante Ambito Teorico e dei Fondamenti della Fisica (C) Caratterizzante Ambito Microfisico e della Struttura della Materia (D) Caratterizzante Ambito Astrofisico, Geofisico e Spaziale (AFF) Corsi Affini e integrativi PRIMO SEMESTRE TIPOLOGIA SECONDO SEMESTRE TIPOLOGIA Elettrodinamica Classica (obbligatorio) A Fisica degli Acceleratori I A Metodi Matematici della Fisica: equazioni differenziali 1 (o altro corso di ambito disciplinare B) -Lab. di Fisica degli Acceleratori (in anni solari dispari) B Superconduttività Applicata A C Corso a scelta tra affini e integrativi AFF -Lab. di Superconduttività Applicata (in anni solari pari) Elementi di Fisica dei Continui (o altro corso di ambito disciplinare D) D Corso a scelta tra affini e integrativi AFF Corso a scelta libera, suggerendo tra: -Fisica Nucleare -Fisica delle Particelle -Interazione e rivelazione della radiazione nucleare Corso a scelta libera TOTALE CFU 30 TOTALE CFU 30 LM

16 II ANNO PRIMO SEMESTRE TIPOLOGIA SECONDO SEMESTRE TIPOLOGIA -Lab. di Fisica degli Acceleratori (in anni solari dispari) -Lab. di Superconduttività Applicata (in anni solari pari) C Tesi di Laurea 42 CFU Corso a scelta tra affini e integrativi AFF Preparazione Tesi 3 CFU Abilità informatiche e telematiche 3 CFU TOTALE CFU 12 TOTALE CFU 48 Tabella AFF Corsi affini o integrativi a scelta proposti Fondamenti di energetica Elettronica 1 Fisica dei solidi 1 Elettronica dei sistemi digitali Laboratorio di fisica dei laser 1 Elettronica 2 Radioattività Laboratorio di elettronica analogica Fenomenologia del Modello Standard delle part. Elem. Fisica dei dispositivi elettronici Fisica nucleare Laboratorio di fisica delle particelle Fisica sanitaria Lab. di fisica dei plasmi Rivelatori e tecniche fisica nucleare Fisica dei plasmi e della fusione controllata LM

17 Temi principali nei corsi caratterizzanti: Fisica degli acceleratori (Prof. Bellomo) Descrizione generali degli acceleratori (elettrostatici, a induzione, circolari, lineari) Elementi di accelerazione e focalizzazione dei fasci di particelle Matrici di trasferimento Colliders e luminosità. Superconduttività Applicata (Prof. Sorbi) Elementi di termodinamica applicata alla produzione del freddo e alla liquefazione dei gas Fenomenologia della superconduttività e sua descrizione con strumenti della termodinamica Instabilità e dissipazioni dei superconduttori Applicazioni della superconduttività ai magneti per acceleratori circolari Laboratorio di Fisica degli Acceleratori (Dr. Bosotti - INFN) Misure delle caratteristiche di cavità elettromagnetiche risonanti per acceleratori Tecniche diagnostiche dei fasci Laboratorio di Superconduttività Applicata (Personale INFN) Utilizzo di apparati a bassissime temperature e ad alto vuoto Misure criogeniche di proprietà caratterizzanti materiali superconduttivi LM

18 Sbocchi professionali post-laurea 1. Per chi desiderasse rimanere nell ambito della ricerca: - Dottorati sui temi di ricerca per lo studio di nuovi acceleratori - PhD presso i laboratori di ricerca internazionali - CERN, DESY, FERMILAB (USA), Bercley (USA), CEA (Parigi) 2. Ottima collocazione nell industria o nei servizi, dove viene apprezzato il lavoro di alto livello scientifico, tecnico e di coordinazione svolto durante la tesi. LM